Волшебный аккумулятор. Ученые открыли новое состояние металла, который обещает революцию для электрокаров
Научпоп6 августа 2020, 20:02
Недавно представители ОПЕК заявили, что рыночная стоимость нефти может очень долго возвращаться к «докарантинному» уровню, и топливным компаниями стоит пересмотреть свои прогнозы по поводу спроса на этот вид сырья в ближайшем будущем.
Среди причин этого эксперты назвали развитие рынка альтернативной энергетики и отказ от использования двигателей внутреннего сгорания: в скором времени должны появиться технологии, которые сделают аккумуляторы для электрокаров гораздо более эффективными и практичными.
Об одной из таких технологий на днях заявили ученые из Калифорнийского университета в Сан-Диего, — согласно результатам их исследования, новое состояние лития позволит создать высокоэффективные и долговечные аккумуляторные батареи.
Литий — это мягкий щелочной металл, который используется в большинстве типов аккумуляторов в качестве основного проводника электрического тока.
Подпишитесь на NV Премиум и читайте без ограничений
Нам необходима ваша поддержка, чтобы заниматься качественной журналистикой
Анализируя разные стадии зарядки литиевых аккумуляторов, ученые из США выяснили, что в определенные моменты замедление электрического тока возле электрода приводит к формированию неорганизованных структур из атомов лития, — по сути, нового состояния этого металла.
Ранее ученые не исследовали этот процесс ввиду технических сложностей. Но теперь, благодаря электронной микроскопии, охлаждению жидким азотом и компьютерному моделированию, материаловеды из Калифорнийского университета смогли детально рассмотреть эти отложения лития.
Ученые назвали их некристаллическим стекловидным состоянием лития. Оказалось, что именно эта форма метала улучшает свойства электрического заряда, делая его более стабильным, и значительно снижает уровень деградации литиевых аккумуляторов.
С помощью компьютерного моделирования ученые несколько раз подтвердили, что кристаллическую форму «стеклянного» лития можно создать с помощью специальных химических реакций.
По мнению исследователей, адаптация и использование такого материала позволили бы создать аккумуляторы с гораздо более высокими показателями энергетической плотности.
Ключевая проблема — сложность в изготовлении подобных стекловидных металлических структур.
Но авторы открытия заявляют, что эти аморфные активные металлы позволят совершить настоящий прорыв в различных отраслях, включая биомедицину, нанотехнологии и микроэлектромеханические системы.
Как уже писал НВ, недавно в Toyota заявили о разработке твердотельного аккумулятора, который можно будет полностью зарядить всего за 15 минут.
Сейчас большинство производителей используют жидкие электролиты для батарей своих электрокаров, что считается менее эффективным и безопасным, чем твердотельные аккумуляторы.
В Toyota заявили о разработке ячеек для твердотельной батареи в форме небольших пластин, которые изолированы в специальных мешочках и собраны в отдельные модули.
В качестве электролита здесь используется сера, которая, по словам японских инженеров, более эффективно переносит ионы лития между отрицательно и положительно заряженными электродами.
Кроме полной зарядки в 15 минут, такая батарея должна обеспечить высокую удельную плотность энергии, запас хода, длительный срок эксплуатации, безопасность и возможность эксплуатации в экстремальных температурах.
Все перечисленные аспекты являются ключевыми проблемами действующих аккумуляторных батарей для электрокаров на основе жидких электролитов.
Toyota разрабатывает новые батареи с другой японской компанией — Panasonic, которая также является поставщиком аккумуляторов для Tesla. Технологию планировали представить на Олимпийских играх в Японии летом 2020-го, но летнюю олимпиаду в этом году перенесли на 2021-й.
В компании говорят, что ограниченное производство новых твердотельных аккумуляторов начнется в 2025-м, а пока они установлены только на некоторых концепт-карах Toyota.